ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ MẠCH LOGIC

Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
1
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu
02
Phần 1: Cơ sở lý thuyết đề tài
03
1- 1. Tổng quan về mạch số 03
1- 2. Các hàm logic cơ bản 04

Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những sai sót, em rất
mong nhận được sự góp ý chỉ bảo thêm của thầy cô và bạn bè để có thể hoàn
thiện hơn cho đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Minh đã chỉ bảo tận tình
trong quá trình thực hiện đề tài này, cảm ơn tất cả mọi ý kiến đóng góp của thầy
cô và bạn bè.
Sinh viên thực hiện !
T
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
3
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH LOGIC
Đề tài: “Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện”
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Minh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Tuấn
Lớp: 46K-ĐTVT, Khoa Công Nghệ
PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI
1- 1. Tổng quan về mạch số
Các mạch xử lý tín hiệu chỉ ở mức cao và thấp gọi là mạch số. Căn cứ
vào đặc điểm và chức năng logic, chúng ta phân loại mạch số thành hai loại
chính: mạch tổ hợp và mạch dãy.
1- 1.1. Mạch tổ hợp
Là mạch mà tín hiệu ra chỉ phụ thuộc vào tín hiệu vào. Phương trình tín
hiệu ra của mạch:
Y
j
= f
j
( X
1

Là mạch có tín hiệu ra phụ thuộc không những vào tín hiệu vào mà còn
phụ thuộc trạng thái trong của mạch, nghĩa là mạch có lưu trữ, nhớ các trạng
thái.
Mạch
tổ
hợp
X
1
Mạch
tổ hợp
X
2
X
3
X
n
.
.
.
.
.
.
Y
1
Y
2
Y
3
Y
m

2
, , y
L
) là tín hiệu ra mạch
nhớ ở tn (tức là trạng thái hiện tại của FF).
1- 2. Các hàm logic cơ bản
1- 2.1. Hàm AND
a. Ký hiệu:
Ký hiệu của cổng AND như hình 1.3
Hình 1.3: Ký hiệu cổng AND.
b. Bảng chân lí:
Ta có bảng chân lí của hàm AND như sau (bảng 1.1):
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Bảng 1.1: Bảng chân lí hàm AND
c. Phương trình đầu ra:
Mạch tổ hợp
Mạch
nh
ớ
X
1
X
i
X
2
Z

x
n
; n = 1, 2, 3,
Trong đó: f là đầu ra, x
i
là các đầu vào.
Hàm AND là hàm có 1 hoặc nhiều đầu vào và có một đầu ra duy nhất.
1- 2.2. Hàm OR
a. Ký hiệu:
Ký hiệu của cổng OR như hình 1.4
Hình 1.4: Ký hiệu cổng OR.
b. Bảng chân lí:
Ta có bảng chân lí của hàm AND như sau (bảng 1.2):
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Bảng 1.2: Bảng chân lí hàm OR.
c. Phương trình đầu ra:
Từ bảng chân lí ta có phương trình tổng quát đầu ra của hàm OR như sau:
f (x
1
, x
2
, , x
n
) = x
1
+ x

Hình 1.6: Ký hiệu cổng NOR.
b. Bảng chân lí:
Ta có bảng chân lí của hàm NOR như sau (bảng 1.4):
A B Z
1 1 0
0 1 0
1 0 0
0 0 1
Bảng 1.4: Bảng chân lí hàm NOR
c. Phương trình đầu ra:
Từ bảng chân lí ta có phương trình tổng quát đầu ra của hàm NOR như
sau:
f (x
1
, x
2
, , x
n
) = x
1
+ x
2
+ + x
n
; với n = 1, 2, 3,
Trong đó: f là đầu ra. x
i
là các đầu vào.
Hàm NOR là hàm một hoặc nhiều đầu vào và có một đầu ra duy nhất.
1- 2.5. Hàm NAND

Trong đó: f là đầu ra, x
i
là các đầu vào.
Hàm NAND là hàm một hoặc nhiều đầu vào và có một đầu ra duy nhất.
1- 3. Mạch điện cổng TTL (TRANSISTOR – TRANSISTOR - LOGIC)
1- 3.1. IC 74LS04: Mạch đảo
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74LS04 như hình 1.8.
Hình 1.8: Sơ đồ chân IC 74LS04
b. Cấu tạo:
IC 74LS04 gồm 6 cổng NOT tích hợp trên một đế bán dẫn. Đầu vào của
cổng NOT tại các chân: 1, 3, 5, 9, 11, 13, đầu ra tại các chân: 2, 4, 6, 8, 10, 12,
chân 8 nối nguồn +5V, chân 7 nối đất.
c. Nguyên tắc hoạt động:
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
8
74LS04 hoạt động như cổng NOT các lối ra Y là phủ định của lối vào A:
Y
i
= A
i
, i = 1, 2, …, 6.
1- 3.2. IC 74LS08: Mạch và
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74LS08 như hình 1.9.
Hình 1.9: Sơ đồ chân IC 74LS08
b. Cấu tạo:
IC 74LS08 gồm 4 cổng AND 2 đầu vào tích hợp trên một đế bán dẫn.
Đầu vào của cổng NOT tại các chân: 1 - 2, 4 - 5, 9 - 10, 12 - 13, đầu ra tại các

1- 3.4. IC 74LS02: Mạch hoặc phủ định
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74LS02 như hình 1.11.
Hình 1.11: Sơ đồ chân IC 74LS02
b. Cấu tạo:
IC 74LS02 gồm 4 cổng NOR 2 đầu vào tích hợp trên một đế bán dẫn. Đầu
vào của cổng NOR tại các chân: 2 - 3, 5 - 6, 8 - 9, 11 – 12, đầu ra tại các chân: 1,
4, 10, 13, chân 8 nối nguồn +5V, chân 7 nối đất.
c. Nguyên tắc hoạt động:
74LS02 hoạt động như cổng NOR các lối ra Y là phủ định của tổng 2 lối
vào A và B: Y
i
= A
i
+ B
i
, i = 1, 2, …, 4.
1- 3.5. IC 74HC4075: Mạch hoặc
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74HC4075 như hình 1.12.
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
10
Hình 1.12: Sơ đồ chân IC 74HC4075
b. Cấu tạo:
IC 74HC4075 gồm 3 cổng OR 3 đầu vào tích hợp trên một đế bán dẫn.
Đầu vào của cổng OR tại các chân: 3 - 4 - 5, 1 - 2 - 8, 11 – 12 - 13, đầu ra tại các
chân: 6, 9, 10, chân 8 nối nguồn +5V, chân 7 nối đất.
c. Nguyên tắc hoạt động:
74HC4075 hoạt động như cổng OR các lối ra Y là tổng của 3 lối vào A ,

i
+ D
i
, i = 1, 2.
1- 3.7. IC 74LS11: Mạch và
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74LS11 như hình 1.14.
Hình 1.14: Sơ đồ chân IC 74LS11
b. Cấu tạo:
IC 74LS11 gồm 3 cổng AND 3 đầu vào tích hợp trên một đế bán dẫn.
Đầu vào của cổng AND tại các chân: 1 - 2 - 13, 3 - 4 - 5, 9 - 10 - 11, đầu ra tại
các chân: 12,6, 8. Chân 8 nối nguồn +5V, chân 7 nối đất.
c. Nguyên tắc hoạt động:
74LS11 hoạt động như cổng AND các lối ra Y là tích 3 lối vào A, B, C:
Y
i
= A
i
.B
i
.C
i
, i = 1, 2, 3.
1- 3.8. IC 74HC4072: Mạch hoặc
a. Sơ đồ chân:
Sơ đồ chân của 74HC4072 như hình 1.15.
Hình 1.15: Sơ đồ chân IC 74HC4072
b. Cấu tạo:
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn

mã.
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
13
- Để hiển thị 1 số nào đó thì các đèn LED tương ứng phải sang lên, do đó,
các thanh LED đều phải được phân cực bởi các điện trở khoảng 180Ω đến 390Ω
với nguồn cấp chuẩn thường là 5V. IC giải mã BCD sang LED 7 đoạn sẽ có
nhiệm vụ nối các chân a, b,…, g của LED xuống mass hay lên nguồn (tuỳ A
chung hay K chung), xem hình 1.17.
- Điều khiển hiển thị LED 7 đoạn:
+ Đối với LED 7 đoạn anode chung để điều khiển 1 thanh nào đó sáng thì:
phải cấp nguồn +5V (mức 1) ở Vcc, lối ra tương ứng của bộ giải mã BCD phải ở
mức thấp:
Tín hiệu điều khiển
a b c d e f g
Hiển thị
0 0 0 0 0 0 1
1 0 0 1 1 1 1
0 0 1 0 0 1 0
0 0 0 0 1 1 0
1 0 0 1 1 0 0
0 1 0 0 1 0 0
1 1 0 0 0 0 1
0 0 0 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 1 0 0
0
1
2
3

7
8
9
Bảng 1.7: Bảng trạng thái của LED 7 đoạn kathode chung.
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
14
b. Thiết kế bộ giải mã BCD8421 sang LED 7 đoạn:
- Phân tích yêu cầu:
Xem sơ đồ khối hình 1.18.
Hình 1.18: Bộ giải mã BCD 8421 sang LED 7 đoạn.
Các đầu vào D, C, B, A là mã BCD8421 trong đó 6 trạng thái 1010 ÷
1111 không được sử dụng, đánh dấu chéo để xử lí tối thiểu hoá. Tín hiệu đầu ra
a, b, …, g là để kích sáng LED tương ứng của LED 7 đoạn. Ở đây ta thiết kế tín
hiệu đầu ra của bộ giải mã ở mức tích cực thấp.
- Kê bảng chân lí:
D C B A A b c d e f g
Số
được
hiển thị
L L L L L L L L L L H 0
L L L H H L L H H H H 1
L L H L L L H L L H L 2
L L H H L L L L H H L 3
L H L L H L L H H L L 4
L H L H L H L L H L L 5
L H H L L H L L L L L 6
L H H H L L L H H H H 7
H L L L L L L L L L L 8
H L L H L L L L H L L 9

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
Bảng 1.9: Bảng chân lí của bộ giải mã BCD8421
Bảng chức năng 1.8 được liệt kê từ kết quả phân tích yêu cầu thiết kế.
Các từ mã đầu vào của mã BCD8421 quyết định số được hiển thị. Nhưng do đầu
ra của bộ giải mã ở mức thấp đèn LED mới sáng nên ta xác định sao cho:
Mức thấp L: LED sáng; Mức cao H: LED tắt; Các LED sáng hình thành
số được hiển thị. Bảng 1.9 là bảng chân lí tương ứng từ bảng 1.8
- Tối thiểu hoá:
Dùng phương pháp hình vẽ. Chúng ta chọn dùng cổng NORAND trong sơ
đồ. Do đó, đầu tiên ta tối thiểu hoá hàm đảo bằng dạng ORAND đối với giá trị 0
của hàm đầu ra, sau đó lấy đảo thì được dạng NORAND đối với các giá trị 1 của
một hàm đầu ra. Bảng Karnaugh của các hàm ra như sau: Bảng 1.10.
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
16
Bảng 1.10: Bảng Karnaugh của các đầu ra bộ giải mã BCD8421
Tối thiểu hoá bảng Karnaugh ta có các hàm ra như sau:
a = D + B + CA + CA (dạng ORAND)
Lấy đảo: a = D + B + CA + CA (dạng NORAND)
b = C + BA + BA , b = C + BA + BA
c = C + B + A, c = C + B + A
d = D + CB + BA + CA + CBA, d = D + CB + BA + CA + CBA
e = CA + BA, e = CA + BA
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
17
f = D + CB + CA + BA, f = D + CB + CA + BA
g = D + CB + CB + BA, g = D + CB + CB + BA
- Sơ đồ logic: (hình 1.19).

D
0
, nếu A = 1 thì Y = D
1
. Bảng 1.11 và 1.12 là bảng chức năng của bộ dồn
kênh.
A D
0
D
1
G Y
X X X H L
L L X L L
L H X L H
H X L L L
H X H L H
Bảng 1.11: Bảng chức năng của bộ dồn kênh.
A G Y
X H L
L L D
0
H L D
1
Bảng 1.12: Bảng chức năng rút gọn
c. Tối thiểu hoá:
Từ bảng chức năng ta có phưng trình đầu ra Y như sau:
Y = GAD
0
+ GAD
1

+ Muốn thử đèn LED để các LED đều sáng hết thì đặt chân LT ở mức
thấp (ghi chú 5).
+ Muốn xoá hết số (tắt hết LED) thì đặt chân BI/RBO ở mức thấp (ghi
chú 3).
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
21
Bảng 1.13: Bảng tóm tắt hoạt động IC 74LS47
b. IC 74LS157:
- Sơ đồ chân: (hình 1.24)
Hình 1.24: Sơ đồ chân của ICLS157
74LS157 là 4 MUX: 21 ghép với nhau, có chung tín hiệu điều khiển
chọn kênh A/B (chân 1) và chung tín hiệu chọn chip G (chân 15). 1A, 1B, 2A,
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn
22
2B, 3A, 3B, 4A, 4B là các đầu vào của 4 MUX. 1Y, 2Y, 3Y, 4Y là các đầu ra
của 4 MUX.
- Cấu trúc bên trong:
Hình 1.25: Sơ đồ cấu trúc IC 74LS157
- Hoạt động:
Hoạt động của 74LS157 được mô tả trong bảng 1.14.
Bảng 1.14: Tóm tắt hoạt động của 74LS157.
Hoạt động của 74LS157 giống như MUX: 21. Khi tín hiệu chân G ở
mức thấp thì IC mới hoạt động. Lúc IC hoạt động nếu tín hiệu ở chân A/B là
mức thấp thì các lối ra Y sẽ chọn dữ liệu ở các lối vào A tương ứng, còn tín hiệu
chân A/B ở mức cao thì các lối ra Y sẽ chọn dữ liệu ở các lối vào B tương ứng.
1- 5. Mạch dãy
Đồ án mạch logic GVHD:Nguyễn Thị Minh
Đề tài:Thiết kế hệ thống hẹn giờ cho thiết bị điện SVTH: Nguyễn Đình Tuấn

1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0
1.15,a 1.15,b
Bảng 1.15: Bảng chân lí JK - FF.
Bảng chân lí của JK - FF cho ở bảng 1.15, bảng 1.15,a là bảng chân lí đầy
đủ, bảng 1.15,b là bảng chức năng rút gọn, với Q là trạng thái hiện tại Q' là trạng
thái tiếp theo. Từ bảng chức năng rút gọn ta nhận thấy rằng khi:
JK = 0 0, FF luôn giữ nguyên trạng thái cũ (Q' = Q).
JK = 0 1, FF luôn luôn chuyển đến trạng thái 0 (Q' = 0).
JK = 1 0, FF luôn luôn chuyển đến trạng thái 1 (Q' = 1).
JK = 1 1, FF luôn luôn lật trạng thái (Q' = ).
- Đồ hình trạng thái: (hình 1.27)
Hình 1.27: Đồ hình trạng thái của JK - FF
- Bảng Karnaugh: (bảng 1.16)
Q'
KQ
J
00 01 11 10
0 1
1 1 1 1
Bảng 1.16: Bảng Karnaugh của trigger JK – FF.
- Phương trình đặc trưng:
Phương trình JK - FF có dạng:
Q' = J + Q.
Viết lại phương trình này dưới dạng chỉ dùng các hàm NAND:
Q' = = ; = + KQ = .
J K Q'
0 0 Q